防波堤及び防波堤群
【課題】津波のエネルギーを効果的に低減させることが目的である。
【解決手段】津波Ｔが来ると、浮部材１５０が上昇し、岸側に流されて移動する。これに伴い連結線材１４０が伸張し、且つ岸側に移動し、全体が岸側に向かって湾曲する（伸び上がる）。また、津波Ｔの位置エネルギーが連結線材１４０のばね応力とが釣り合った状態となる。これによって、水平状態のプレート１１０及び浮部材１５０が傾く。また、津波Ｔの圧力でプレート１１０がアール状に湾曲しブラインド状且つ袋状に膨らむように変形する。そして、傾いたプレート１１０の下面（板面）１１０Ａと浮部材１５０の下面（板面）１５０Ａとによって、岸側への津波Ｔの進入が抑制されると共に、津波Ｔの流速が低減する。したがって、津波Ｔのエネルギーが効果的に抑制される。
【解決手段】津波Ｔが来ると、浮部材１５０が上昇し、岸側に流されて移動する。これに伴い連結線材１４０が伸張し、且つ岸側に移動し、全体が岸側に向かって湾曲する（伸び上がる）。また、津波Ｔの位置エネルギーが連結線材１４０のばね応力とが釣り合った状態となる。これによって、水平状態のプレート１１０及び浮部材１５０が傾く。また、津波Ｔの圧力でプレート１１０がアール状に湾曲しブラインド状且つ袋状に膨らむように変形する。そして、傾いたプレート１１０の下面（板面）１１０Ａと浮部材１５０の下面（板面）１５０Ａとによって、岸側への津波Ｔの進入が抑制されると共に、津波Ｔの流速が低減する。したがって、津波Ｔのエネルギーが効果的に抑制される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、防波堤及び防波堤群に関する。
【背景技術】
【０００２】
外海との間で仕切る防波堤としては、コンクリート製の函体を用い、該函体内に砂を詰め上面に蓋をして上部工及びパラペットを配置したケーソン式防波堤、ブロック塊を積み外海側の面に消波ブロックを積み上げたブロック式防波堤、及びセルラーブロックを積み上げ内部に砂を詰めて上面に蓋をして上部工を配置した防波堤等が使用されてきた。
【０００３】
特許文献１には、堤中に貫通孔を有するブロックが少なくとも一層積み上げられて構成された海水交換型防波堤が開示されている（特許文献１を参照）。
【０００４】
特許文献２には、海底に造成した基礎マウンド上に、各側壁部に横長及び縦長の開口部を設けると共に上面に全面開放の開口部を設けたブロック本体を備えた中空消波型被覆ブロックを、波浪方向と該波浪方向に対して直交する方向とに夫々複数列敷設し、且つ海面上まで複数積み上げて構成した防波堤が開示されている（特許文献２を参照）。
【０００５】
ここで、２０１１年３月１１日に発生した東日本大震災では、世界一と言われた既設の防波堤が、大津波によって破壊された。よって、防波堤による津波の防備について、様々な議論がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−１６５７２７号公報
【特許文献２】特開２０１１−５８１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
よって、津波のエネルギーを効果的に低減させることが望まれている。
本発明は、上記事実を考慮し、津波のエネルギーを効果的に低減させることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、海底に設けられた基礎と、海面に浮く浮部材と、海中に上下方向に間隔をあけて略水平に配置された複数のプレートと、前記基礎に支持され、前記各プレートを連結して上端部に前記浮部材を固定する連結部材と、前記連結部材を伸縮可能とし、且つ前記連結部材に引張力を付与する引張力付与手段と、を備える。
【０００９】
請求項１の発明では、津波が来ると、浮き部材が上昇し岸側に流されて移動する。これに伴い連結部材が伸張し、且つ岸側に湾曲する。これによって、水平状態のプレートが傾き、板面で津波の進入が抑制されると共に、津波の流速が低減する。したがって、津波のエネルギーが効果的に低減する。
【００１０】
請求項２の発明は、前記引張力付与手段は、前記連結部材の一部又は全部を構成する軸方向に弾性変形する弾性部材である。
【００１１】
請求項２の発明では前記連結部材の一部又は全部を構成する軸方向に弾性変形する弾性部材であるので、例えば、別途引張機構を有する場合よりも構造が単純である。
【００１２】
請求項３の発明は、前記連結部材は、沖側と岸側とに少なくとも二つ並んで配置され、前記プレートの沖側と岸側とが前記連結部材にそれぞれ連結されている。
【００１３】
請求項３の発明では、一本の連結部材で連結する構成よりも、プレートの傾きが大きくなり、この結果、板面での津波の進入が更に抑制される。
【００１４】
請求項４の発明は、前記プレートは、波によって楊力が生じるウイングプレートとされ、前記ウイングプレートに発生する揚力で発電する発電手段を備える。
【００１５】
請求項４の発明では、波によって楊力が生じウイングプレートが上下動し、発電手段によって発電する。よって、ウイングプレートは、津波に対する防波機能と発電機能との両方の機能を有する。
【００１６】
請求項５の発明は、前記浮部材の上面には、太陽光発電パネルが設けられている。
【００１７】
請求項５の発明では、海面の浮く浮部材の上面に設けられた太陽光発電パネルで効率的に太陽光発電が行われる。
【００１８】
請求項６の発明は、前記浮部材と前記プレートとが、平面視において、沖側に向かって凸状に湾曲した形状とされ、複数の前記連結部材は、湾曲した形状に沿って並んで配置され、前記基礎と固定されている。
【００１９】
請求項６の発明では、沖に向かって凸状に湾曲した形状とすることで、津波が防波堤の湾曲の凹部空間に回り込み津波の流速が低減する。また、津波の波力に対する浮部材及びプレートの曲げ抵抗が、直線形状と比較し、大きくなり、この結果、板面での津波の進入が更に抑制される。したがって、津波のエネルギーが更に効果的に抑制される。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項６に記載の防波堤が、岸に沿って間隔をあけて複数配置されている。
【００２１】
請求項７の発明では、防波堤間の隙間から進入した津波が、湾曲の凹部空間に回り込み津波の流速が低減する。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように本発明によれば、津波のエネルギーを効果的に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る防波堤で構成された防波堤群を上空から見た平面図である。
【図２】（Ａ）は本発明の一実施形態に係る防波堤を示し、図１の２Ａ−２Ａ断面に沿った断面図であり、（Ｂ）はプレートに発生する揚力Ｄを説明するための説明図である。
【図３】津波が来た際の図２に対応する防波堤の断面図である。
【図４】津波が回折現象によって防波堤の凹部空間に回り込む様子を説明するための説明図である。
【図５】（Ａ）は津波が来た際の変形例の防波堤を模式的に示す説明図であり、（Ｂ）は津波が来た際の本実施形態の防波堤を模式的に示す説明図であり、（Ｃ）は平常時における本実施形態の防波堤を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
＜一実施形態＞
図１〜図５を用いて、本発明の一実施形態に係る防波堤、及び防波堤群について説明する。
なお、図１のＫが海岸線であり、各図における矢印Ｘ方向側が岸側（海岸線Ｋ側）であり、矢印Ｘと反対方向側が沖側とする。また、図２、図３、図５は、断面図であるが、図が煩雑になるので、断面を示す斜線は省略している。
【００２５】
図１に示すように、防波堤群１００は、沖に配置された複数の防波堤１０２によって構成されている。各防波堤１０２は、海岸線Ｋに沿って間隔をあけて複数配置されている。更に、海岸線Ｋに沿って２列配置され、それぞれ互い違いに千鳥状に配置されている。つまり、岸から見ると岸側（一列目）の防波堤１０２間の隙間に沖側（二列目）の防波堤１０２が配置されている。なお、本実施形態では、岸側（一列目）の防波堤１０２は、海岸線Ｋから約１．０ｋｍの沖に配置されている。
【００２６】
図２（Ａ）に示すように、防波堤１０２は、基礎５０と、複数のプレート１１０と、浮部材１５０と、連結線材１４０と、を含んで構成されている。基礎５０は海底１０に設けられている。なお、本実施形態では、基礎５０が設けられた海底１０の水深は、約１０．０ｍとされている。そして、この基礎５０上の海中に、上下方向に間隔をあけて複数のプレート１１０が配置されている。また、各プレート１１０は略水平に配置されている。
【００２７】
各プレート１１０は、下端部１４０Ａが基礎５０に固定され、軸方向に弾性変形するばね性を有する連結線材１４０によって、連結されている。連結線材１４０の上端部１４０Ｂには海面に浮く浮部材１５０が固定されている。また、連結線材１４０は、沖側と岸側とに二つ並んで配置され、各プレート１１０及び浮部材１５０の沖側と岸側とが、連結線材１４０でそれぞれ連結されている。
【００２８】
なお、図１に示すように、浮部材１５０及び各プレート１１０は、平面視において、沖側に向かって凸状に湾曲した形状とされている（弓形状、馬蹄形状）。また、各プレート１１０及び浮部材１５０の幅は約５．０ｍとされ、長さが約３００ｍとされている。各プレート１１０は、海中で浮力が発生するような素材及び構造とされている。なお、連結線材１４０は、平面視において、湾曲に沿って複数並んで配置されている。
【００２９】
また、図２（Ｂ）に示すように、各プレート１１０は、波によって楊力が生じるウイングプレートとされている。具体的には、プレート１１０の下面１１０Ａは略水平面とされ、上面１１０Ｂが上側に膨らんだ凸形状とされ、岸側の厚みが厚く、沖側に向かって徐々に薄くなる流線形状となっている。よって、プレート１１０は、岸側から沖側に向かう方向の波（引波）Ｖの場合に、鉛直方向上側に揚力Ｄが発生するように構成されている。
【００３０】
図２（Ａ）に示すように、本実施形態では、連結線材１４０は、一部又全部が人工筋肉（EPAM：electroactive polymer artificial muscle）で構成されている。人工筋肉（EPRM）は、ゴム状の薄い高分子膜（エラトマー）を伸び縮み可能な電極で挟んだ構造で、電極間に電位差を与えると、静電力によって両方の電極が引き合い、高分子膜が厚さ方向に収縮して面方向に伸張する。また、逆に、面方向に伸縮させることで発電する。
【００３１】
本実施形態では、波等によって各プレート１１０が及び浮部材１５０が上下運動し、これによって人工筋肉で構成された連結線材１４０が伸縮することで発電するように構成されている。つまり、波力発電装置として機能する。
【００３２】
また、浮部材１５０の海上に露出した上面には、太陽光発電パネル１５２が設けられている。よって、太陽光発電パネル１５２によっても発電するように構成されている。
【００３３】
そして、これらで発電した電気を、海底ケーブル１８２を介して送り、岸に設けた蓄電装置１８０に蓄電されるように構成されている。
【００３４】
＜作用及び効果＞
つぎに、本実施形態の作用及び効果について説明する。
【００３５】
図２に示すように、平常時は、海面Ｓは安定している。但し、通常の波による上下及び干満（潮の満ち干き）等により海面Ｓは上下する。そして、図２の平常の状態では、波等によって各プレート１１０が及び浮部材１５０が上下運動することで波力発電すると共に、浮部材１５０の太陽光発電パネル１５２が太陽光発電し、蓄電装置１８０に蓄電される。
【００３６】
図３に示すように、津波Ｔが来ると、浮部材１５０が上昇し、岸側に流されて移動する。これに伴い連結線材１４０が伸張し、且つ岸側に移動し、全体が岸側に向かって湾曲する（伸び上がる）。また、津波Ｔの位置エネルギーが連結線材１４０のばね応力と釣り合った状態となる。なお、本実施形態では、連結線材１４０の伸張に伴い、各プレート１１０間の距離も大きくなる。
【００３７】
この連結線材１４０の伸び上がりによって、水平状態のプレート１１０及び浮部材１５０が傾く。そして、傾いたプレート１１０の下面（板面）１１０Ａと浮部材１５０の下面（板面）１５０Ａとによって、津波Ｔの岸側への進入が抑制されると共に、進入した津波Ｔの流速が低減する。したがって、津波Ｔのエネルギーが効果的に抑制される。
【００３８】
別の言い方をすると、津波Ｔの一部はプレート１１０及び浮部材１５０で沖側に反射し流れの方向が変わり、津波Ｔの一部はプレート１１０及び浮部材１５０の間を通過する。なお、本実施形態では、津波Ｔの５０％以上を沖側に反射するように構成されている。
【００３９】
なお、津波Ｔの一部は、プレート１１０及び浮部材１５０の間を通過するが、通過する際に津波Ｔの流速が低減する。具体的には、プレート１１０間の隙間に流れが集中することで流速が速くなり摩擦抵抗が大きくなり、波の一部が消失することで津波Ｔの流速が低減する。また、レート１１０及び浮部材１５０を沖に向かって凸状に湾曲した形状とすることで、プレート１１０間を通過した津波Ｔの一部は、回り込んで層を成すことで流れ同士がぶつかって相殺され、津波Ｔの流速が低減する。
【００４０】
また、プレート１１０及び浮部材１５０を沖に向かって凸状に湾曲した形状とすることで（図１参照）、津波Ｔの波力に対するプレート１１０及び浮部材１５０の曲げ抵抗が、直線形状の場合と比較し、大きくなり、この結果、下面１１０Ａ，１５０Ａでの津波Ｔの進入が更に抑制される。
【００４１】
また、沖側と岸側とに連結線材１４０が二つ並んで配置され固定されているので、一本の連結線材１４０で連結する構成よりも、プレート１１０の傾きが大きくなり、この結果、下面１１０Ａでの津波Ｔの進入が更に抑制される。
【００４２】
なお、津波Ｔの運動・流速エネルギーが、津波Ｔが浮部材１５０の高さになり、位置エネルギーに一部変換されることによっても、津波Ｔのエネルギーが低減する。
【００４３】
また、図４に示すように、プレート１１０及び浮部材１５０を沖に向かって凸状に湾曲した形状とすることで、防波堤１０２間から進入した津波Ｔが、波の回折現象によって、防波堤１０２の湾曲の凹空間１０４に回り込み、波同士がぶつかり津波Ｔの流速が低減する。また、津波Ｔの進行方向が変化するので、海岸線Ｋにまっすぐに到達する津波Ｔが低減する。
【００４４】
前述したように、図２の平常の状態では、波力発電及び太陽光発電する。よって、防波堤１０２は、津波Ｔのエネルギーを吸収する機能と発電機能との二つの機能を有する。
【００４５】
ここで、図５（Ａ）に示す比較例の鉄筋コンクリート構造の防波堤５００について説明する。鉄筋コンクリート構造の防波堤５００は、海岸線Ｋの近くに設けられている。そして、津波Ｔが来た場合は、防波堤５００で津波Ｔの力と量とを耐えることで津波Ｔの被害を防ぐ。よって、防波堤５００は、津波Ｔの巨大な曲げモーメントＭとせん断応力の組み合わせで構造設計する必要があり、堅牢な構造物とする必要がある。
【００４６】
なお、防波堤５００の根元部分にかかるモーメントＭは、津波Ｔによる波圧Ｐ１、岸側からの波圧Ｐ２、防波堤５００の高さをＨとすると、「Ｍ＝（Ｐ１＋Ｐ２）×Ｈ」で計算される。
【００４７】
また、変形例の防波堤５００は、海岸線Ｋの近くに形成されるので、景観が損なわれる。更に、防波堤５００の高さは岸よりも高いので、岸から沖への視界が遮られることになり、景観への影響が大きい。
【００４８】
これに対して本実施形態の防波堤１０２では、図５（Ｂ）に示すように、前述したように、津波Ｔが来ると、浮部材１５０が上昇し岸側に流されて移動し、これに伴い連結線材１４０が伸張し、且つ岸側に湾曲する。これによって、水平状態のプレート１１０と浮部材１５０が傾き、下面（板面）１１０Ａ，１５０Ａで岸側への津波の進入が抑制されると共に、津波Ｔの流速が低減する（図３と図４と参照）。よって、防波堤１０２は連結線材１４０の引張力（軸力）Ｒで構造設計されるので、比較例のように曲げモーメントＭとせん断応力の組み合わせで構造設計する防波堤５００と比較し、構造設計的に有利であり、経済的である。
【００４９】
なお、モーメントＭは０であり、引張力（軸力）Ｒは、「Ｒ＝Ｔ＝ｋ・ΔＬ、Ｒ・ｃｏｓθ＝Ｐ１＋Ｐ２、Ｒ・ｓｉｎθ＝Ｆ」で計算される。なお、Ｒは連結線材の引張（軸）力、Ｔは津波の水平直進力、ｋは連結線材のばね定数、ΔＬは連結線材の伸張量（伸び上り量）、θは連結線材の水平面に対する傾き、Ｆは連結線材が固定された基礎の鉛直支持力（杭等の鉛直引抜力）である。
【００５０】
また、図５（Ｃ）に示すように、本実施形態の防波堤１０２は、海岸線Ｋから離れた沖に設けられ、海面Ｓに浮いている浮部材１５０以外は見えない。よって、比較例のように海岸線Ｋの近くに高くそびえる防波堤５００と比較し、景観への影響が少ない（図５（Ａ）と図５（Ｃ）との比較参照）。
【００５１】
別の観点から説明すると、比較例の防波堤５００は、巨大な津波に耐えうるように構造設計すると、高さＨが高く巨大な構造物となってしまい、景観への影響が更に大きくなる。つまり、防波堤の防波能力と景観とのトレードオフの関係にあると言える。
【００５２】
これに対して、本実施形態の防波堤１０２は、巨大な津波Ｔに耐えうるようにプレート１１０や浮部材１５０及び連結線材１４０の引張力（軸力）Ｒを確保する構造設計をしても、景観へ影響与えない。つまり、防波堤の防波能力を高くしても、景観への影響与えない（トレードオフの関係にない）。
【００５３】
また、本実施形態の防波堤１０２は、図２に示すように、魚２０の人工漁礁として活用することが可能である。また、前述したように本実施形態では発電装置として活用される。つまり、本実施形態の防波堤１０２は、平常時には防波機能以外の機能を有する。
【００５４】
なお、２０１１年３月１１日に発生した東日本大震災において、比較例に代表される既設の鉄筋コンクリート製の防波堤５００の多くは、津波で破壊された。よって、防波堤による津波の防備の方法について、様々な議論がなされている。本発明は、従来とは違った新しい防波堤のあり方を提案するものであり、考え方としては、比較例で代表される既設の防波堤のように津波の波の力・量を全て受け入れ、耐えるのではなく、津波の力を受け流し、弱めるといった考え方に発想を転換して、発明されたものである。
【００５５】
＜その他＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。
【００５６】
例えば、上記実施形態では、浮部材１５０及び各プレート１１０は、平面視において、沖側に向かって凸状に湾曲した形状とされていたが、これに限定されない。例えば、海岸線Ｋに沿った直線形状であってもよい。
【００５７】
また、例えば、上記実施形態では、連結線材１４０を構成する人工筋肉の伸縮によって発電したが、これに限定されない。プレート１１０の振動や回転運動を電気エネルギーに変換して発電してもよい。或いは、波による上下振動で作った圧搾空気を送風してタービンを作動させて発電してもよい。或いは、コイルを磁場中で上下させるようにして発電してもよい。
【００５８】
また、既成の海洋発電、上記以外の波力発電、潮力発電、海流発電、海洋温度差発電等で発電してよい。より具体的には、波力発電としては、波の上下動をジャイロにより回転運動に変換するジャイロ方式がある。潮力発電としては、潮汐による海水の移動によってタービン等を回転させて発電する方式等がある。海流発電としては、海流による海水の流れによって水車や羽等を回転させて発電する方式等がある。海洋温度差発電としては、海洋表層の温水と海底付近の冷水の温度差を利用して発電を行う方法等がある。
【００５９】
また、上述した複数の発電方法（方式）を複数組み合わせてもよい。
【００６０】
また、例えば、上記実施形態では、防波堤１０２のプレート１１０及び浮部材１５０は、それぞれ一枚構成あったが、これに限定されない。複数枚のユニットを長手方向に繋げて構成されたプレート及び浮部材であってもよい。
【００６１】
また、例えば、上記実施形態のプレート１１０の形状はウイング形状（図２（Ｄ）参照）であったがこれに限定されない。例えば、上下面共に平面上であってもよい。
【００６２】
また、例えば、上記実施形態では、連結線材１４０は、人工筋肉によって伸縮し引張力を付与する構成であったがこれに限定されない。人工筋肉以外の軸方向に弾性変形（伸縮）する材料や構造であってもよい。人工筋肉と他の弾性変形する材料とを組み合わせてもよい。更に、「一部又全部が人工筋肉で構成されている連結線材１４０」と、「人工筋肉を含まないで構成されている弾性変形する連結線材１４０」と、の両方が設けられていてもよい。
【００６３】
或いは、例えば、基礎５０との固定部分に連結部材に引張力を付与しつつ連結部材を伸縮させる機構を設けてもよい。例えば、連結部材がリール等に巻き取られ、このリールが巻取方向に付勢手段によって付勢され連結部材に張力が付与されるような機構であってもよい（判りやすく例えると、家電製品の電気コードの収納機能のような機構）。また、このような連結部材の機構で発電してもよい。
【００６４】
また、例えば、上記実施形態では、連結線材１４０は、沖側と岸側とに二つ並んで配置され、各プレート１１０の沖側と岸側とが連結線材１４０にそれぞれ連結されていたがこれに限定されない。連結部材が三本以上並んで配置されて連結されてもよいし、一本であってもよい。
【００６５】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない
【符号の説明】
【００６６】
１０ 海底
５０ 基礎
１００ 防波堤群
１０２ 防波堤
１１０ プレート
１１０Ａ 下面（板面）
１４０ 連結線材（連結部材、引張力付与手段）
１５０ 浮部材
１５０Ａ 下面（板面）
１５２ 太陽光発電パネル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、防波堤及び防波堤群に関する。
【背景技術】
【０００２】
外海との間で仕切る防波堤としては、コンクリート製の函体を用い、該函体内に砂を詰め上面に蓋をして上部工及びパラペットを配置したケーソン式防波堤、ブロック塊を積み外海側の面に消波ブロックを積み上げたブロック式防波堤、及びセルラーブロックを積み上げ内部に砂を詰めて上面に蓋をして上部工を配置した防波堤等が使用されてきた。
【０００３】
特許文献１には、堤中に貫通孔を有するブロックが少なくとも一層積み上げられて構成された海水交換型防波堤が開示されている（特許文献１を参照）。
【０００４】
特許文献２には、海底に造成した基礎マウンド上に、各側壁部に横長及び縦長の開口部を設けると共に上面に全面開放の開口部を設けたブロック本体を備えた中空消波型被覆ブロックを、波浪方向と該波浪方向に対して直交する方向とに夫々複数列敷設し、且つ海面上まで複数積み上げて構成した防波堤が開示されている（特許文献２を参照）。
【０００５】
ここで、２０１１年３月１１日に発生した東日本大震災では、世界一と言われた既設の防波堤が、大津波によって破壊された。よって、防波堤による津波の防備について、様々な議論がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−１６５７２７号公報
【特許文献２】特開２０１１−５８１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
よって、津波のエネルギーを効果的に低減させることが望まれている。
本発明は、上記事実を考慮し、津波のエネルギーを効果的に低減させることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、海底に設けられた基礎と、海面に浮く浮部材と、海中に上下方向に間隔をあけて略水平に配置された複数のプレートと、前記基礎に支持され、前記各プレートを連結して上端部に前記浮部材を固定する連結部材と、前記連結部材を伸縮可能とし、且つ前記連結部材に引張力を付与する引張力付与手段と、を備える。
【０００９】
請求項１の発明では、津波が来ると、浮き部材が上昇し岸側に流されて移動する。これに伴い連結部材が伸張し、且つ岸側に湾曲する。これによって、水平状態のプレートが傾き、板面で津波の進入が抑制されると共に、津波の流速が低減する。したがって、津波のエネルギーが効果的に低減する。
【００１０】
請求項２の発明は、前記引張力付与手段は、前記連結部材の一部又は全部を構成する軸方向に弾性変形する弾性部材である。
【００１１】
請求項２の発明では前記連結部材の一部又は全部を構成する軸方向に弾性変形する弾性部材であるので、例えば、別途引張機構を有する場合よりも構造が単純である。
【００１２】
請求項３の発明は、前記連結部材は、沖側と岸側とに少なくとも二つ並んで配置され、前記プレートの沖側と岸側とが前記連結部材にそれぞれ連結されている。
【００１３】
請求項３の発明では、一本の連結部材で連結する構成よりも、プレートの傾きが大きくなり、この結果、板面での津波の進入が更に抑制される。
【００１４】
請求項４の発明は、前記プレートは、波によって楊力が生じるウイングプレートとされ、前記ウイングプレートに発生する揚力で発電する発電手段を備える。
【００１５】
請求項４の発明では、波によって楊力が生じウイングプレートが上下動し、発電手段によって発電する。よって、ウイングプレートは、津波に対する防波機能と発電機能との両方の機能を有する。
【００１６】
請求項５の発明は、前記浮部材の上面には、太陽光発電パネルが設けられている。
【００１７】
請求項５の発明では、海面の浮く浮部材の上面に設けられた太陽光発電パネルで効率的に太陽光発電が行われる。
【００１８】
請求項６の発明は、前記浮部材と前記プレートとが、平面視において、沖側に向かって凸状に湾曲した形状とされ、複数の前記連結部材は、湾曲した形状に沿って並んで配置され、前記基礎と固定されている。
【００１９】
請求項６の発明では、沖に向かって凸状に湾曲した形状とすることで、津波が防波堤の湾曲の凹部空間に回り込み津波の流速が低減する。また、津波の波力に対する浮部材及びプレートの曲げ抵抗が、直線形状と比較し、大きくなり、この結果、板面での津波の進入が更に抑制される。したがって、津波のエネルギーが更に効果的に抑制される。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項６に記載の防波堤が、岸に沿って間隔をあけて複数配置されている。
【００２１】
請求項７の発明では、防波堤間の隙間から進入した津波が、湾曲の凹部空間に回り込み津波の流速が低減する。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように本発明によれば、津波のエネルギーを効果的に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る防波堤で構成された防波堤群を上空から見た平面図である。
【図２】（Ａ）は本発明の一実施形態に係る防波堤を示し、図１の２Ａ−２Ａ断面に沿った断面図であり、（Ｂ）はプレートに発生する揚力Ｄを説明するための説明図である。
【図３】津波が来た際の図２に対応する防波堤の断面図である。
【図４】津波が回折現象によって防波堤の凹部空間に回り込む様子を説明するための説明図である。
【図５】（Ａ）は津波が来た際の変形例の防波堤を模式的に示す説明図であり、（Ｂ）は津波が来た際の本実施形態の防波堤を模式的に示す説明図であり、（Ｃ）は平常時における本実施形態の防波堤を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
＜一実施形態＞
図１〜図５を用いて、本発明の一実施形態に係る防波堤、及び防波堤群について説明する。
なお、図１のＫが海岸線であり、各図における矢印Ｘ方向側が岸側（海岸線Ｋ側）であり、矢印Ｘと反対方向側が沖側とする。また、図２、図３、図５は、断面図であるが、図が煩雑になるので、断面を示す斜線は省略している。
【００２５】
図１に示すように、防波堤群１００は、沖に配置された複数の防波堤１０２によって構成されている。各防波堤１０２は、海岸線Ｋに沿って間隔をあけて複数配置されている。更に、海岸線Ｋに沿って２列配置され、それぞれ互い違いに千鳥状に配置されている。つまり、岸から見ると岸側（一列目）の防波堤１０２間の隙間に沖側（二列目）の防波堤１０２が配置されている。なお、本実施形態では、岸側（一列目）の防波堤１０２は、海岸線Ｋから約１．０ｋｍの沖に配置されている。
【００２６】
図２（Ａ）に示すように、防波堤１０２は、基礎５０と、複数のプレート１１０と、浮部材１５０と、連結線材１４０と、を含んで構成されている。基礎５０は海底１０に設けられている。なお、本実施形態では、基礎５０が設けられた海底１０の水深は、約１０．０ｍとされている。そして、この基礎５０上の海中に、上下方向に間隔をあけて複数のプレート１１０が配置されている。また、各プレート１１０は略水平に配置されている。
【００２７】
各プレート１１０は、下端部１４０Ａが基礎５０に固定され、軸方向に弾性変形するばね性を有する連結線材１４０によって、連結されている。連結線材１４０の上端部１４０Ｂには海面に浮く浮部材１５０が固定されている。また、連結線材１４０は、沖側と岸側とに二つ並んで配置され、各プレート１１０及び浮部材１５０の沖側と岸側とが、連結線材１４０でそれぞれ連結されている。
【００２８】
なお、図１に示すように、浮部材１５０及び各プレート１１０は、平面視において、沖側に向かって凸状に湾曲した形状とされている（弓形状、馬蹄形状）。また、各プレート１１０及び浮部材１５０の幅は約５．０ｍとされ、長さが約３００ｍとされている。各プレート１１０は、海中で浮力が発生するような素材及び構造とされている。なお、連結線材１４０は、平面視において、湾曲に沿って複数並んで配置されている。
【００２９】
また、図２（Ｂ）に示すように、各プレート１１０は、波によって楊力が生じるウイングプレートとされている。具体的には、プレート１１０の下面１１０Ａは略水平面とされ、上面１１０Ｂが上側に膨らんだ凸形状とされ、岸側の厚みが厚く、沖側に向かって徐々に薄くなる流線形状となっている。よって、プレート１１０は、岸側から沖側に向かう方向の波（引波）Ｖの場合に、鉛直方向上側に揚力Ｄが発生するように構成されている。
【００３０】
図２（Ａ）に示すように、本実施形態では、連結線材１４０は、一部又全部が人工筋肉（EPAM：electroactive polymer artificial muscle）で構成されている。人工筋肉（EPRM）は、ゴム状の薄い高分子膜（エラトマー）を伸び縮み可能な電極で挟んだ構造で、電極間に電位差を与えると、静電力によって両方の電極が引き合い、高分子膜が厚さ方向に収縮して面方向に伸張する。また、逆に、面方向に伸縮させることで発電する。
【００３１】
本実施形態では、波等によって各プレート１１０が及び浮部材１５０が上下運動し、これによって人工筋肉で構成された連結線材１４０が伸縮することで発電するように構成されている。つまり、波力発電装置として機能する。
【００３２】
また、浮部材１５０の海上に露出した上面には、太陽光発電パネル１５２が設けられている。よって、太陽光発電パネル１５２によっても発電するように構成されている。
【００３３】
そして、これらで発電した電気を、海底ケーブル１８２を介して送り、岸に設けた蓄電装置１８０に蓄電されるように構成されている。
【００３４】
＜作用及び効果＞
つぎに、本実施形態の作用及び効果について説明する。
【００３５】
図２に示すように、平常時は、海面Ｓは安定している。但し、通常の波による上下及び干満（潮の満ち干き）等により海面Ｓは上下する。そして、図２の平常の状態では、波等によって各プレート１１０が及び浮部材１５０が上下運動することで波力発電すると共に、浮部材１５０の太陽光発電パネル１５２が太陽光発電し、蓄電装置１８０に蓄電される。
【００３６】
図３に示すように、津波Ｔが来ると、浮部材１５０が上昇し、岸側に流されて移動する。これに伴い連結線材１４０が伸張し、且つ岸側に移動し、全体が岸側に向かって湾曲する（伸び上がる）。また、津波Ｔの位置エネルギーが連結線材１４０のばね応力と釣り合った状態となる。なお、本実施形態では、連結線材１４０の伸張に伴い、各プレート１１０間の距離も大きくなる。
【００３７】
この連結線材１４０の伸び上がりによって、水平状態のプレート１１０及び浮部材１５０が傾く。そして、傾いたプレート１１０の下面（板面）１１０Ａと浮部材１５０の下面（板面）１５０Ａとによって、津波Ｔの岸側への進入が抑制されると共に、進入した津波Ｔの流速が低減する。したがって、津波Ｔのエネルギーが効果的に抑制される。
【００３８】
別の言い方をすると、津波Ｔの一部はプレート１１０及び浮部材１５０で沖側に反射し流れの方向が変わり、津波Ｔの一部はプレート１１０及び浮部材１５０の間を通過する。なお、本実施形態では、津波Ｔの５０％以上を沖側に反射するように構成されている。
【００３９】
なお、津波Ｔの一部は、プレート１１０及び浮部材１５０の間を通過するが、通過する際に津波Ｔの流速が低減する。具体的には、プレート１１０間の隙間に流れが集中することで流速が速くなり摩擦抵抗が大きくなり、波の一部が消失することで津波Ｔの流速が低減する。また、レート１１０及び浮部材１５０を沖に向かって凸状に湾曲した形状とすることで、プレート１１０間を通過した津波Ｔの一部は、回り込んで層を成すことで流れ同士がぶつかって相殺され、津波Ｔの流速が低減する。
【００４０】
また、プレート１１０及び浮部材１５０を沖に向かって凸状に湾曲した形状とすることで（図１参照）、津波Ｔの波力に対するプレート１１０及び浮部材１５０の曲げ抵抗が、直線形状の場合と比較し、大きくなり、この結果、下面１１０Ａ，１５０Ａでの津波Ｔの進入が更に抑制される。
【００４１】
また、沖側と岸側とに連結線材１４０が二つ並んで配置され固定されているので、一本の連結線材１４０で連結する構成よりも、プレート１１０の傾きが大きくなり、この結果、下面１１０Ａでの津波Ｔの進入が更に抑制される。
【００４２】
なお、津波Ｔの運動・流速エネルギーが、津波Ｔが浮部材１５０の高さになり、位置エネルギーに一部変換されることによっても、津波Ｔのエネルギーが低減する。
【００４３】
また、図４に示すように、プレート１１０及び浮部材１５０を沖に向かって凸状に湾曲した形状とすることで、防波堤１０２間から進入した津波Ｔが、波の回折現象によって、防波堤１０２の湾曲の凹空間１０４に回り込み、波同士がぶつかり津波Ｔの流速が低減する。また、津波Ｔの進行方向が変化するので、海岸線Ｋにまっすぐに到達する津波Ｔが低減する。
【００４４】
前述したように、図２の平常の状態では、波力発電及び太陽光発電する。よって、防波堤１０２は、津波Ｔのエネルギーを吸収する機能と発電機能との二つの機能を有する。
【００４５】
ここで、図５（Ａ）に示す比較例の鉄筋コンクリート構造の防波堤５００について説明する。鉄筋コンクリート構造の防波堤５００は、海岸線Ｋの近くに設けられている。そして、津波Ｔが来た場合は、防波堤５００で津波Ｔの力と量とを耐えることで津波Ｔの被害を防ぐ。よって、防波堤５００は、津波Ｔの巨大な曲げモーメントＭとせん断応力の組み合わせで構造設計する必要があり、堅牢な構造物とする必要がある。
【００４６】
なお、防波堤５００の根元部分にかかるモーメントＭは、津波Ｔによる波圧Ｐ１、岸側からの波圧Ｐ２、防波堤５００の高さをＨとすると、「Ｍ＝（Ｐ１＋Ｐ２）×Ｈ」で計算される。
【００４７】
また、変形例の防波堤５００は、海岸線Ｋの近くに形成されるので、景観が損なわれる。更に、防波堤５００の高さは岸よりも高いので、岸から沖への視界が遮られることになり、景観への影響が大きい。
【００４８】
これに対して本実施形態の防波堤１０２では、図５（Ｂ）に示すように、前述したように、津波Ｔが来ると、浮部材１５０が上昇し岸側に流されて移動し、これに伴い連結線材１４０が伸張し、且つ岸側に湾曲する。これによって、水平状態のプレート１１０と浮部材１５０が傾き、下面（板面）１１０Ａ，１５０Ａで岸側への津波の進入が抑制されると共に、津波Ｔの流速が低減する（図３と図４と参照）。よって、防波堤１０２は連結線材１４０の引張力（軸力）Ｒで構造設計されるので、比較例のように曲げモーメントＭとせん断応力の組み合わせで構造設計する防波堤５００と比較し、構造設計的に有利であり、経済的である。
【００４９】
なお、モーメントＭは０であり、引張力（軸力）Ｒは、「Ｒ＝Ｔ＝ｋ・ΔＬ、Ｒ・ｃｏｓθ＝Ｐ１＋Ｐ２、Ｒ・ｓｉｎθ＝Ｆ」で計算される。なお、Ｒは連結線材の引張（軸）力、Ｔは津波の水平直進力、ｋは連結線材のばね定数、ΔＬは連結線材の伸張量（伸び上り量）、θは連結線材の水平面に対する傾き、Ｆは連結線材が固定された基礎の鉛直支持力（杭等の鉛直引抜力）である。
【００５０】
また、図５（Ｃ）に示すように、本実施形態の防波堤１０２は、海岸線Ｋから離れた沖に設けられ、海面Ｓに浮いている浮部材１５０以外は見えない。よって、比較例のように海岸線Ｋの近くに高くそびえる防波堤５００と比較し、景観への影響が少ない（図５（Ａ）と図５（Ｃ）との比較参照）。
【００５１】
別の観点から説明すると、比較例の防波堤５００は、巨大な津波に耐えうるように構造設計すると、高さＨが高く巨大な構造物となってしまい、景観への影響が更に大きくなる。つまり、防波堤の防波能力と景観とのトレードオフの関係にあると言える。
【００５２】
これに対して、本実施形態の防波堤１０２は、巨大な津波Ｔに耐えうるようにプレート１１０や浮部材１５０及び連結線材１４０の引張力（軸力）Ｒを確保する構造設計をしても、景観へ影響与えない。つまり、防波堤の防波能力を高くしても、景観への影響与えない（トレードオフの関係にない）。
【００５３】
また、本実施形態の防波堤１０２は、図２に示すように、魚２０の人工漁礁として活用することが可能である。また、前述したように本実施形態では発電装置として活用される。つまり、本実施形態の防波堤１０２は、平常時には防波機能以外の機能を有する。
【００５４】
なお、２０１１年３月１１日に発生した東日本大震災において、比較例に代表される既設の鉄筋コンクリート製の防波堤５００の多くは、津波で破壊された。よって、防波堤による津波の防備の方法について、様々な議論がなされている。本発明は、従来とは違った新しい防波堤のあり方を提案するものであり、考え方としては、比較例で代表される既設の防波堤のように津波の波の力・量を全て受け入れ、耐えるのではなく、津波の力を受け流し、弱めるといった考え方に発想を転換して、発明されたものである。
【００５５】
＜その他＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。
【００５６】
例えば、上記実施形態では、浮部材１５０及び各プレート１１０は、平面視において、沖側に向かって凸状に湾曲した形状とされていたが、これに限定されない。例えば、海岸線Ｋに沿った直線形状であってもよい。
【００５７】
また、例えば、上記実施形態では、連結線材１４０を構成する人工筋肉の伸縮によって発電したが、これに限定されない。プレート１１０の振動や回転運動を電気エネルギーに変換して発電してもよい。或いは、波による上下振動で作った圧搾空気を送風してタービンを作動させて発電してもよい。或いは、コイルを磁場中で上下させるようにして発電してもよい。
【００５８】
また、既成の海洋発電、上記以外の波力発電、潮力発電、海流発電、海洋温度差発電等で発電してよい。より具体的には、波力発電としては、波の上下動をジャイロにより回転運動に変換するジャイロ方式がある。潮力発電としては、潮汐による海水の移動によってタービン等を回転させて発電する方式等がある。海流発電としては、海流による海水の流れによって水車や羽等を回転させて発電する方式等がある。海洋温度差発電としては、海洋表層の温水と海底付近の冷水の温度差を利用して発電を行う方法等がある。
【００５９】
また、上述した複数の発電方法（方式）を複数組み合わせてもよい。
【００６０】
また、例えば、上記実施形態では、防波堤１０２のプレート１１０及び浮部材１５０は、それぞれ一枚構成あったが、これに限定されない。複数枚のユニットを長手方向に繋げて構成されたプレート及び浮部材であってもよい。
【００６１】
また、例えば、上記実施形態のプレート１１０の形状はウイング形状（図２（Ｄ）参照）であったがこれに限定されない。例えば、上下面共に平面上であってもよい。
【００６２】
また、例えば、上記実施形態では、連結線材１４０は、人工筋肉によって伸縮し引張力を付与する構成であったがこれに限定されない。人工筋肉以外の軸方向に弾性変形（伸縮）する材料や構造であってもよい。人工筋肉と他の弾性変形する材料とを組み合わせてもよい。更に、「一部又全部が人工筋肉で構成されている連結線材１４０」と、「人工筋肉を含まないで構成されている弾性変形する連結線材１４０」と、の両方が設けられていてもよい。
【００６３】
或いは、例えば、基礎５０との固定部分に連結部材に引張力を付与しつつ連結部材を伸縮させる機構を設けてもよい。例えば、連結部材がリール等に巻き取られ、このリールが巻取方向に付勢手段によって付勢され連結部材に張力が付与されるような機構であってもよい（判りやすく例えると、家電製品の電気コードの収納機能のような機構）。また、このような連結部材の機構で発電してもよい。
【００６４】
また、例えば、上記実施形態では、連結線材１４０は、沖側と岸側とに二つ並んで配置され、各プレート１１０の沖側と岸側とが連結線材１４０にそれぞれ連結されていたがこれに限定されない。連結部材が三本以上並んで配置されて連結されてもよいし、一本であってもよい。
【００６５】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない
【符号の説明】
【００６６】
１０ 海底
５０ 基礎
１００ 防波堤群
１０２ 防波堤
１１０ プレート
１１０Ａ 下面（板面）
１４０ 連結線材（連結部材、引張力付与手段）
１５０ 浮部材
１５０Ａ 下面（板面）
１５２ 太陽光発電パネル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底に設けられた基礎と、
海面に浮く浮部材と、
海中に上下方向に間隔をあけて略水平に配置された複数のプレートと、
前記基礎に支持され、前記各プレートを連結して上端部に前記浮部材を固定する連結部材と、
前記連結部材を伸縮可能とし、且つ前記連結部材に引張力を付与する引張力付与手段と、
を備える防波堤
【請求項２】
前記引張力付与手段は、前記連結部材の一部又は全部を構成する軸方向に弾性変形する弾性部材である、
請求項１に記載の防波堤。
【請求項３】
前記連結部材は、沖側と岸側とに少なくとも二つ並んで配置され、
前記プレートの沖側と岸側とが前記連結部材にそれぞれ連結されている請求項１又は請求項２に記載の防波堤。
【請求項４】
前記プレートは、波によって楊力が生じるウイングプレートとされ、
前記ウイングプレートに発生する揚力で発電する発電手段を備える、
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の防波堤。
【請求項５】
前記浮部材の上面には、太陽光発電パネルが設けられている、
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の防波堤。
【請求項６】
前記浮部材と前記プレートとが、平面視において、沖側に向かって凸状に湾曲した形状とされ、
複数の前記連結部材は、湾曲した形状に沿って並んで配置され、前記基礎と固定されている、
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の防波堤。
【請求項７】
請求項６に記載の防波堤が、岸に沿って間隔をあけて複数配置されている防波堤群。
【請求項１】
海底に設けられた基礎と、
海面に浮く浮部材と、
海中に上下方向に間隔をあけて略水平に配置された複数のプレートと、
前記基礎に支持され、前記各プレートを連結して上端部に前記浮部材を固定する連結部材と、
前記連結部材を伸縮可能とし、且つ前記連結部材に引張力を付与する引張力付与手段と、
を備える防波堤
【請求項２】
前記引張力付与手段は、前記連結部材の一部又は全部を構成する軸方向に弾性変形する弾性部材である、
請求項１に記載の防波堤。
【請求項３】
前記連結部材は、沖側と岸側とに少なくとも二つ並んで配置され、
前記プレートの沖側と岸側とが前記連結部材にそれぞれ連結されている請求項１又は請求項２に記載の防波堤。
【請求項４】
前記プレートは、波によって楊力が生じるウイングプレートとされ、
前記ウイングプレートに発生する揚力で発電する発電手段を備える、
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の防波堤。
【請求項５】
前記浮部材の上面には、太陽光発電パネルが設けられている、
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の防波堤。
【請求項６】
前記浮部材と前記プレートとが、平面視において、沖側に向かって凸状に湾曲した形状とされ、
複数の前記連結部材は、湾曲した形状に沿って並んで配置され、前記基礎と固定されている、
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の防波堤。
【請求項７】
請求項６に記載の防波堤が、岸に沿って間隔をあけて複数配置されている防波堤群。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１４９７２（Ｐ２０１３−１４９７２Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４９５００（Ｐ２０１１−１４９５００）
【出願日】平成２３年７月５日（２０１１．７．５）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月５日（２０１１．７．５）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
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